Daži organismi spēj uztvert enerģiju no saules gaismas un izmantot to organisko savienojumu ražošanai. Šis process, kas pazīstams kā fotosintēze, ir būtisks dzīvībai, jo tas dod enerģiju abiem ražotāji un patērētāji. Fotosintētiskie organismi, kas pazīstami arī kā fotoautotrofi, ir organismi, kas spēj fotosintēzi. Daži no šiem organismiem ietver augstākus augi, daži protisti (aļģes un euglena), un baktērijas.
Iekšā fotosintēze, gaismas enerģija tiek pārveidota ķīmiskajā enerģijā, kas tiek uzkrāta glikozes (cukura) veidā. Glikozes, skābekļa un ūdens ražošanai tiek izmantoti neorganiski savienojumi (oglekļa dioksīds, ūdens un saules gaisma). Fotosintētiskie organismi izmanto oglekli, lai radītu organiskas molekulas (ogļhidrāti, lipīdi, un olbaltumvielas) un veidot bioloģisko masu. Skābekli, kas ražots kā fotosintēzes bioprodukts, izmanto daudzi organismi, ieskaitot augi un dzīvnieki, priekš šūnu elpošana. Lielākā daļa organismu barošanai tieši vai netieši paļaujas uz fotosintēzi. Heterotrofs (
hetero-, -trofiski) organismu, piemēram, dzīvnieku, visvairāk baktērijas, un sēnītes, nav spējīgi ne fotosintēzes, ne producēt bioloģiskie savienojumi no neorganiskiem avotiem. Viņiem ir jāpatērē fotosintētiskie organismi un citi autotrofi (auto-, -trofi), lai iegūtu šīs vielas.Fotosintēze iekšā augi notiek specializētā organelles sauca hloroplasti. Hloroplasti ir atrodami augos lapas un satur pigmenta hlorofilu. Šis zaļais pigments absorbē gaismas enerģiju, kas nepieciešama fotosintēzes norisei. Hloroplasti satur iekšējās membrānas sistēmu, kas sastāv no struktūrām, kuras sauc par tireoīdiem un kuras kalpo kā gaismas enerģijas pārvēršanas vietas ķīmiskajā enerģijā. Oglekļa dioksīds tiek pārveidots par ogļhidrātiem procesā, ko sauc par oglekļa fiksāciju vai Kalvina ciklu. ogļhidrāti var uzglabāt cietes veidā, izmantot elpošanas laikā vai izmantot celulozes ražošanā. Procesa laikā radītais skābeklis izdalās atmosfērā caur porām augu lapās, kas pazīstamas kā stomata.
Augiem ir svarīga loma barības vielu cikls, it īpaši ogleklis un skābeklis. Ūdens augi un sauszemes augi (ziedoši augi, sūnas un papardes) palīdz regulēt atmosfēras oglekli, noņemot oglekļa dioksīdu no gaisa. Augi ir svarīgi arī skābekļa ražošanai, kas gaisā izdalās kā vērtīgs fotosintēzes blakusprodukts.
Aļģes ir eikariotu organismi, kuriem ir abas īpašības augi un dzīvnieki. Tāpat kā dzīvnieki, aļģes savā vidē spēj baroties ar organiskiem materiāliem. Dažas aļģes satur arī organellas un struktūras, kas atrodamas dzīvnieku šūnās, piemēram, flagella un centrioles. Tāpat kā augi, aļģes satur fotosintēzes organellus, ko sauc par hloroplastiem. Hloroplasti satur hlorofilu, zaļo pigmentu, kas absorbē gaismas enerģiju fotosintēzes veikšanai. Aļģēs ir arī citi fotosintētiski pigmenti, piemēram, karotinoīdi un fikobilīni.
Aļģes var būt vienšūnas vai arī pastāvēt kā lielas daudzšūnu sugas. Viņi dzīvo dažādos biotopos, ieskaitot sāli un saldūdeni ūdens vide, mitrā augsnē vai uz mitrām klintīm. Fotosintētiskās aļģes, kas pazīstamas kā fitoplanktons, ir sastopamas gan jūras, gan saldūdens vidē. Lielākā daļa jūras fitoplanktona sastāv no diatoms un dinoflagellates. Lielāko daļu saldūdens fitoplanktona veido zaļās aļģes un zilaļģes. Fitoplanktons peld netālu no ūdens virsmas, lai labāk piekļūtu saules sintēzei, kas nepieciešama fotosintēzei. Fotosintētiskās aļģes ir vitāli svarīgas pasaules mērogā barības vielu cikls piemēram, ogleklis un skābeklis. Tie izvada oglekļa dioksīdu no atmosfēras un rada vairāk nekā pusi no pasaules skābekļa piegādes.
Euglena ir vienšūnu protisti ģintī Euglena. Šie organismi tika klasificēti patvērumā Euglenophyta ar aļģēm to fotosintēzes spējas dēļ. Zinātnieki tagad uzskata, ka tās nav aļģes, bet savas fotosintēzes spējas ir ieguvušas endosimbiotiskās attiecībās ar zaļajām aļģēm. Kā, Euglena ir ievietoti patvērumā Euglenozoa.
Zilaļģes ir skābekļa fotosintēzebaktērijas. Viņi novāc saules enerģiju, absorbē oglekļa dioksīdu un izdala skābekli. Tāpat kā augi un aļģes, zilaļģes satur hlorofils un ar oglekļa fiksācijas palīdzību pārveido oglekļa dioksīdu cukurā. Atšķirībā no eikariotu augiem un aļģēm zilaļģes ir prokariotu organismi. Viņiem trūkst membrānas kodols, hloroplasti, un cits organelles atrasts augi un aļģes. Tā vietā zilaļģēm ir dubultā ārējā virsma šūnu membrānu un salocītās iekšējās tirikoīdu membrānas, kuras tiek izmantotas fotosintēze. Zilaļģes arī spēj fiksēt slāpekli - procesu, kurā atmosfēras slāpeklis tiek pārveidots par amonjaku, nitrītu un nitrātu. Šīs vielas augi absorbē, lai sintezētu bioloģiskos savienojumus.
Zilaļģes ir sastopamas dažādās zemes biomi un ūdens vide. Daži tiek uzskatīti ekstremofili jo viņi dzīvo ārkārtīgi skarbā vidē, piemēram, karstajos punktos un hipersalīna līčos. Gloeocapsa zilaļģes var pat izdzīvot skarbajos kosmosa apstākļos. Zilaļģes arī pastāv fitoplanktons un var dzīvot citos organismos, piemēram, sēnēs (ķērpjos), protisti, un augi. Zilaļģes satur pigmentus fitoeritrīnu un fikocianīnu, kas ir atbildīgi par to zili zaļo krāsu. Izskata dēļ šīs baktērijas dažreiz sauc par zili zaļajām aļģēm, kaut arī tās nemaz nav aļģes.
Anoksigēna fotosintēze baktērijas ir fotoautotrofi (sintezēt pārtiku, izmantojot saules gaismu), kas neizraisa skābekli. Atšķirībā no zilaļģēm, augiem un aļģēm, šīs baktērijas neizmanto ūdeni kā elektronu donoru elektronu transportēšanas ķēde ražošanas laikā ATP. Tā vietā viņi kā elektronu donorus izmanto ūdeņradi, sērūdeņradi vai sēru. Anoksigēnās fotosintētiskās baktērijas no zilaļģēm atšķiras arī ar to, ka tām nav hlorofila, lai absorbētu gaismu. Tie satur bakterioflorofils, kas spēj absorbēt īsākus gaismas viļņu garumus nekā hlorofils. Tā kā baktērijas ar bakterioflorofilu mēdz atrast dziļās ūdens zonās, kur spēj iekļūt īsāki gaismas viļņu garumi.
Anoksigēnu fotosintētisko baktēriju piemēri ir violetas baktērijas un zaļās baktērijas. Violetas baktēriju šūnas nonāk a formu daudzveidība (sfēriskas, stienveida, spirālveida), un šīs šūnas var būt kustīgas vai nemotīvas. Violetas sēra baktērijas parasti sastopamas ūdens vidē un sēra avotos, kur atrodas sērūdeņradis un nav skābekļa. Violetas baktērijas bez sēra izmanto mazākas sulfīda koncentrācijas nekā purpura sēra baktērijas un izdala sēru ārpus šūnām, nevis šūnu iekšpusē. Zaļās baktēriju šūnas parasti ir sfēriskas vai stieņa formas, un šūnas galvenokārt nav kustīgas. Zaļās sēra baktērijas fotosintēzei izmanto sulfīdu vai sēru, un skābekļa klātbūtnē tās nevar izdzīvot. Viņi nogulsnē sēru ārpus savām šūnām. Zaļās baktērijas plaukst ar sulfīdiem bagātos ūdens biotopos un dažreiz veido zaļganu vai brūnu ziedēšanu.